基于全基因组测序的南方鲇性别连锁分子标记开发和性别决定候选基因鉴定
发布时间：2021-10-04 22:55
南方鲇（Silurus meridionalis Chen）又名大口鲇,隶属于鲇形目（Siluriformes）、鲇科（Siluridae）、鲇属（Silurus）,是一种广布于我国长江流域的重要经济鱼类,也是近年来开发的名特优养殖新品种。具有个体大、肉质好、生长快、抗病力强、经济价值高等特点。常见个体2-5 kg,最大个体达50 kg。雄鱼一般2-4年性成熟,雌鱼3-5年性成熟。南方鲇的生长速度和个体大小具有明显的性别二态性,雌鱼比雄鱼长得快,因此,水产上全雌化养殖能显著提高经济效益。但是南方鲇的基础研究相对薄弱,且缺乏基因组信息,为优良品种选育和性控育种带来了极大的困难。本研究中,我们首先通过将XY的正常个体与性逆转个体交配获得了YY超雄南方鲇,从而为研究鱼类性别决定提供了一个良好的模型。在此基础上,综合利用Illumina、Nanopore、Bionano和Hi-C等技术,测序组装获得高质量XX、XY和YY南方鲇个体全基因组序列,结合雌雄混合池的重测序,确定性别决定区间、筛选性别连锁分子标记、鉴定性别决定候选基因,为在基因组水平上解析南方鲇经济性状的遗传基础、开展全基因组选择育种...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已鉴定的脊椎动物性别决定基因（引自Panetal.,2016）
第1章文献综述13载体，DNA聚合酶和模板结合，4种碱基被4色荧光标记，在碱基配对阶段，不同碱基的加入，会发出不同光，根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。在PacBioRSII平台的基础上，该公司最新推出了PacBioSequel测序仪，该系统以测序通量高、单Gb数据成本低、周期短而突出于RSII平台。平均读长8-12Kb，最长可达40-70Kb，通量5-10Gb/cell，较RSII成本更低；在极端高GC和极端低GC区域，可以轻松测定，从而保证序列的均匀覆盖度；建库过程中，DNA不需要进行PCR扩增，避免了覆盖度不均一和PCR冗余。图2PacBioSMRT测序原理（引自Eidetal.,2009）。Figure2PrincipleofPacBioSMRTsequencing(CitedfromEidetal.,2009).纳米孔测序技术（oxfordnanoporetechnologies,ONT）的测序原理为在纳米孔两边加上一定的电压，在电势的作用下，单链DNA电泳通过纳米孔，由于4种核苷酸的电离水平和空间结构不同，通过纳米孔时电流强度不同，根据电流强度来判断碱基种类（图3）。纳米孔测序的读长可达数百kb，在解决复杂基因组组装时，与PacBio相比具有更大的优势。现目前，Nanopore有MinION、GridION及PromethION三种商业化平台。MinION测序仪是一款便携式测序设备，100g以下，体积10×3×2cm，含有一个MinION流动槽，其中有512个通道，可产出20G数据，通过USB与电脑连接，获取的电流信号会上传到服务器上转化为碱基序列。相对其他测序平台，MinION测序仪不仅便携，操作简便，而且成本低，1000美金即可获得MinION及相关试剂耗材，同时兼顾建库速度快特点。因为体积小巧，操作方便，使得测序地点不再局限于实验室，可以在高山丛林，甚至北极等极寒区域使用。2016年，该测序仪还被带入太空这种极端环境中进行DNA测序。GridIONX5测序仪包含5个流动槽，可单独使
西南大学博士学位论文14图3Nanopore测序原理（引自Eisensteinetal.,2017）。Figure3PrincipleofNanoporesequencing(CitedfromEisensteinetal.,2017).基于PacBio和OxfordNanopore测序技术，对动植物基因组进行测序及拼接组装，较好地解决了传统测序组装技术中高杂合度、高度重复区域、异常GC含量区域等诸多组装难题，极大提升了基因组的组装指标，重新定义了contigN50、scaffoldN50指标（是过去二代测序策略的10-20倍以上）。这不但令许多复杂基因组物种能够获得更精确的基因组参考序列，也为近缘物种的基因组差异分析提供了更好的解决方案。4.2辅助基因组组装技术的发展概况在生物基因组的组装过程中，从测序reads到scaffold的拼接已经非常成熟，真正的挑战在于如何将这些序列准确地拼接成染色体。根据NCBIGenomeDatabase的统计结果，截至2019年7月2日，该数据库中共有8,794个真核生物的基因组组装结果，而其中达到染色体级别的仅1,391个。近年来，伴随着测序技术的飞速发展，在基因组辅助组装方面，发展出了一些新兴的技术手段，可显著提高基因组组装结果。4.2.1BioNano光学图谱BioNano光学图谱系统基于单分子光学图谱技术，通过其特有的芯片技术使完
【参考文献】：
期刊论文
[1]大黄鱼性别特异SNP标记的开发与验证[J]. 林晓煜,肖世俊,李完波,王志勇. 水产学报. 2018(09)
[2]水生生物学科学前沿及热点问题[J]. 桂建芳. 科学通报. 2015(22)
[3]Genetic basis and biotechnological manipulation of sexual dimorphism and sex determination in fish[J]. MEI Jie,GUI Jian-Fang. Science China（Life Sciences）. 2015(02)
[4]鱼类性别异形和性别决定的遗传基础及其生物技术操控[J]. 梅洁,桂建芳. 中国科学:生命科学. 2014(12)
[5]半滑舌鳎快速生长及高雌性家系的筛选[J]. 陈松林,李仰真,张静,刘寿堂,孙德强,杜民,梁卓,刘峰,胡乔木,邵长伟,刘珊珊. 水产学报. 2013(04)
[6]Molecular basis and genetic improvement of economically important traits in aquaculture animals[J]. GUI JianFang* & ZHU ZuoYan State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China. Chinese Science Bulletin. 2012(15)
[7]3个花鳗鲡地理种群的AFLP分析[J]. 朱友芳,林凤钦,王艺磊,谢芳靖. 海洋科学. 2011(08)
[8]SSR-BSA技术对乌鳢性别差异标记的初步筛选[J]. 刘改艳,陈昆慈,郑光明,朱新平,赵建,徐鹏,孙效文. 水产学报. 2011(02)
[9]大黄鱼连续4代选育群体遗传多样性与遗传结构的微卫星分析[J]. 赵广泰,刘贤德,王志勇,蔡明夷,姚翠鸾. 水产学报. 2010(04)
[10]南方鲇受精细胞学观察[J]. 张修月,刘智皓,王德寿. 四川动物. 2008(01)
博士论文
[1]Gsdf和Wt1在罗非鱼性别分化和性腺发育中的功能研究[D]. 江东能.西南大学 2016
[2]尼罗罗非鱼性别特异分子标记的筛选、应用及性别决定候选基因sdY的分子克隆[D]. 孙运侣.西南大学 2013
硕士论文
[1]雌、雄激素对罗非鱼性别分化和性腺基因表达的影响[D]. 陈立黎.西南大学 2016
[2]南方鲇人工繁殖全雌化机制的初步研究[D]. 杨世杰.西南大学 2012
[3]大口鲇、鲇及其杂种F1种质遗传标记研究[D]. 王朝明.华中农业大学 2005
[4]性类固醇激素对南方鲶性分化的影响[D]. 焦保卫.西南师范大学 2003
[5]南方鲇头肾和肾的结构与发育研究[D]. 岳兴建.西南师范大学 2002
本文编号：3418497
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已鉴定的脊椎动物性别决定基因（引自Panetal.,2016）
第1章文献综述13载体，DNA聚合酶和模板结合，4种碱基被4色荧光标记，在碱基配对阶段，不同碱基的加入，会发出不同光，根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。在PacBioRSII平台的基础上，该公司最新推出了PacBioSequel测序仪，该系统以测序通量高、单Gb数据成本低、周期短而突出于RSII平台。平均读长8-12Kb，最长可达40-70Kb，通量5-10Gb/cell，较RSII成本更低；在极端高GC和极端低GC区域，可以轻松测定，从而保证序列的均匀覆盖度；建库过程中，DNA不需要进行PCR扩增，避免了覆盖度不均一和PCR冗余。图2PacBioSMRT测序原理（引自Eidetal.,2009）。Figure2PrincipleofPacBioSMRTsequencing(CitedfromEidetal.,2009).纳米孔测序技术（oxfordnanoporetechnologies,ONT）的测序原理为在纳米孔两边加上一定的电压，在电势的作用下，单链DNA电泳通过纳米孔，由于4种核苷酸的电离水平和空间结构不同，通过纳米孔时电流强度不同，根据电流强度来判断碱基种类（图3）。纳米孔测序的读长可达数百kb，在解决复杂基因组组装时，与PacBio相比具有更大的优势。现目前，Nanopore有MinION、GridION及PromethION三种商业化平台。MinION测序仪是一款便携式测序设备，100g以下，体积10×3×2cm，含有一个MinION流动槽，其中有512个通道，可产出20G数据，通过USB与电脑连接，获取的电流信号会上传到服务器上转化为碱基序列。相对其他测序平台，MinION测序仪不仅便携，操作简便，而且成本低，1000美金即可获得MinION及相关试剂耗材，同时兼顾建库速度快特点。因为体积小巧，操作方便，使得测序地点不再局限于实验室，可以在高山丛林，甚至北极等极寒区域使用。2016年，该测序仪还被带入太空这种极端环境中进行DNA测序。GridIONX5测序仪包含5个流动槽，可单独使
西南大学博士学位论文14图3Nanopore测序原理（引自Eisensteinetal.,2017）。Figure3PrincipleofNanoporesequencing(CitedfromEisensteinetal.,2017).基于PacBio和OxfordNanopore测序技术，对动植物基因组进行测序及拼接组装，较好地解决了传统测序组装技术中高杂合度、高度重复区域、异常GC含量区域等诸多组装难题，极大提升了基因组的组装指标，重新定义了contigN50、scaffoldN50指标（是过去二代测序策略的10-20倍以上）。这不但令许多复杂基因组物种能够获得更精确的基因组参考序列，也为近缘物种的基因组差异分析提供了更好的解决方案。4.2辅助基因组组装技术的发展概况在生物基因组的组装过程中，从测序reads到scaffold的拼接已经非常成熟，真正的挑战在于如何将这些序列准确地拼接成染色体。根据NCBIGenomeDatabase的统计结果，截至2019年7月2日，该数据库中共有8,794个真核生物的基因组组装结果，而其中达到染色体级别的仅1,391个。近年来，伴随着测序技术的飞速发展，在基因组辅助组装方面，发展出了一些新兴的技术手段，可显著提高基因组组装结果。4.2.1BioNano光学图谱BioNano光学图谱系统基于单分子光学图谱技术，通过其特有的芯片技术使完
【参考文献】：
期刊论文
[1]大黄鱼性别特异SNP标记的开发与验证[J]. 林晓煜,肖世俊,李完波,王志勇. 水产学报. 2018(09)
[2]水生生物学科学前沿及热点问题[J]. 桂建芳. 科学通报. 2015(22)
[3]Genetic basis and biotechnological manipulation of sexual dimorphism and sex determination in fish[J]. MEI Jie,GUI Jian-Fang. Science China（Life Sciences）. 2015(02)
[4]鱼类性别异形和性别决定的遗传基础及其生物技术操控[J]. 梅洁,桂建芳. 中国科学:生命科学. 2014(12)
[5]半滑舌鳎快速生长及高雌性家系的筛选[J]. 陈松林,李仰真,张静,刘寿堂,孙德强,杜民,梁卓,刘峰,胡乔木,邵长伟,刘珊珊. 水产学报. 2013(04)
[6]Molecular basis and genetic improvement of economically important traits in aquaculture animals[J]. GUI JianFang* & ZHU ZuoYan State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China. Chinese Science Bulletin. 2012(15)
[7]3个花鳗鲡地理种群的AFLP分析[J]. 朱友芳,林凤钦,王艺磊,谢芳靖. 海洋科学. 2011(08)
[8]SSR-BSA技术对乌鳢性别差异标记的初步筛选[J]. 刘改艳,陈昆慈,郑光明,朱新平,赵建,徐鹏,孙效文. 水产学报. 2011(02)
[9]大黄鱼连续4代选育群体遗传多样性与遗传结构的微卫星分析[J]. 赵广泰,刘贤德,王志勇,蔡明夷,姚翠鸾. 水产学报. 2010(04)
[10]南方鲇受精细胞学观察[J]. 张修月,刘智皓,王德寿. 四川动物. 2008(01)
博士论文
[1]Gsdf和Wt1在罗非鱼性别分化和性腺发育中的功能研究[D]. 江东能.西南大学 2016
[2]尼罗罗非鱼性别特异分子标记的筛选、应用及性别决定候选基因sdY的分子克隆[D]. 孙运侣.西南大学 2013
硕士论文
[1]雌、雄激素对罗非鱼性别分化和性腺基因表达的影响[D]. 陈立黎.西南大学 2016
[2]南方鲇人工繁殖全雌化机制的初步研究[D]. 杨世杰.西南大学 2012
[3]大口鲇、鲇及其杂种F1种质遗传标记研究[D]. 王朝明.华中农业大学 2005
[4]性类固醇激素对南方鲶性分化的影响[D]. 焦保卫.西南师范大学 2003
[5]南方鲇头肾和肾的结构与发育研究[D]. 岳兴建.西南师范大学 2002
本文编号：3418497
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